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山東農(nóng)大劉峰教授團(tuán)隊(duì) ACS Nano：界面穿梭效應(yīng)介導(dǎo)的界面聚合深度變化調(diào)控載藥微膠囊的應(yīng)用性能
2023-10-09  來源：高分子科技

  微囊化技術(shù)是提高農(nóng)藥利用率和降低農(nóng)藥環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的有效手段。界面聚合法是目前廣泛應(yīng)用的農(nóng)藥微囊化技術(shù)，主要用于包封脂溶性農(nóng)藥，比如毒死蜱和高效氯氟氰菊酯等，而包封水溶性較高的農(nóng)藥一直存在困難，限制了高水溶性農(nóng)藥微囊的推廣和應(yīng)用。


圖1 界面穿梭介導(dǎo)的界面聚合深度變化調(diào)控載藥微膠囊的形貌和應(yīng)用性能


  近期，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院劉峰教授團(tuán)隊(duì)以噻唑膦為模式農(nóng)藥，揭示了高水溶性農(nóng)藥難以被微囊化的原因，并提供解決方案（圖2，圖3）。隨著囊芯親水性的增強(qiáng)，微囊表面褶皺程度和微囊之間粘連程度增加，同時(shí)，囊殼也逐漸增厚，甚至變成了實(shí)心球或出現(xiàn)了破囊。同時(shí)，囊芯親水性的增加導(dǎo)致微囊的包封率降低及微囊釋放速率提高。因此，囊芯親水性影響著微囊的囊殼結(jié)構(gòu)和釋放性能。


圖2 不同親水性溶劑制備的噻唑膦微囊形貌及性能


圖3 不同親水性溶劑制備的噻唑膦微囊的囊殼結(jié)構(gòu)


  界面聚合反應(yīng)是非平衡態(tài)的傳質(zhì)過程與快速的化學(xué)反應(yīng)耦合發(fā)生的，研究界面膜的形成過程一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。為進(jìn)一步明確囊芯親水性對囊殼形成的影響，本研究建立了一種將微觀成囊過程宏觀可視化的方法，稱為界面演化模型。研究發(fā)現(xiàn)，在界面膜形成過程中存在界面穿梭效應(yīng)，影響著囊殼的形成（圖4，圖5）。當(dāng)油相親水性較強(qiáng)時(shí)，水相單體會(huì)穿過界面進(jìn)入油相，與MDI發(fā)生反應(yīng)，隨著水向油相傳質(zhì)深度的增加，界面膜逐漸增厚且變得疏松多孔。而當(dāng)油相是疏水性體系時(shí)，水相單體只能與油相淺層的MDI發(fā)生反應(yīng)，因此形成了薄且致密的界面膜，這與制備微囊時(shí)的現(xiàn)象一致。


圖4 界面演化模型反應(yīng)油相親水性對界面膜形成的影響


圖5 界面聚合法成囊過程中的界面穿梭理論示意圖


  噻唑膦在水中的溶解度大約為9 g/L，土壤施用后容易淋溶流失浪費(fèi)且對地下水安全造成威脅。通過疏水性溶劑降低油相親水性，增強(qiáng)了殼層致密度。殼層致密度的提高延緩了噻唑膦的釋放，進(jìn)而縮短了噻唑膦在土壤中的淋溶距離，使更多的噻唑膦集中在番茄根系周圍，取得了良好的對根結(jié)線蟲病防治效果（圖6，圖7）。本研究以宏觀界面演化模型反映了界面聚合法成囊的微觀機(jī)制，豐富了界面聚合法微囊化理論，并為包封水溶性囊芯材料提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。


圖6 不同囊殼結(jié)構(gòu)的噻唑膦微囊的土壤淋溶性能


圖7 不同囊殼結(jié)構(gòu)的噻唑膦微囊對番茄根結(jié)線蟲病的防治效果


  該工作以“Interfacial Polymerization Depth Mediated by the Shuttle Effect Regulating the Application Performance of Pesticide-Loaded Microcapsules”為題于10月7日發(fā)表在ACS Nano上。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院碩士研究生張濤為本文第一作者，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院劉峰教授和張大俠副教授為本文通訊作者。感謝國家自然科學(xué)基金和泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才工程對本研究的支持。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07915

  下載：Interfacial Polymerization Depth Mediated by the Shuttle Effect Regulating the Application Performance of Pesticide-Loaded Microcapsules

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